四川
水，可能是我们最熟悉的物质。它在0°C结冰、100°C沸腾，似乎没有什么秘密可言。
但在遥远的天王星和海王星深处，压力是地球表面的数百万倍，水会变成我们完全认不出的样子。
美国内华达大学拉斯维加斯分校的一项新研究发现，在这种极端条件下，冰甚至会做出违反直觉的事情。
这个看似拗口的标题，讲的其实是一个颠覆直觉的发现。
通常来说，给一种材料施加压力，原子会被挤得更近，体积随之缩小。对许多材料而言，压力越高，原子排列也越倾向于整齐对称。
这很好理解：在极端拥挤的空间里，最省地方的排列方式往往也是最规则的，就像挤满乘客的地铁车厢里，人们会不自觉地站成整齐的队列。
物理学家原本也预期，水在超高压下会保持高度对称的结构。
尤其是冰X这种高压冰，长期被视为氢键完全对称化的“标准答案”。
研究团队观察到了截然相反的现象。在极端高压下，冰的原子结构反而变得不那么对称了。
这就好比把一群人挤进越来越小的房间，本以为他们会排得越来越整齐，结果队形反而歪了。
在他看来，水在压力下展现出的种种表现，实在令人惊叹。
其实，水本来就是一种“怪脾气”的物质。冰能浮在水面上，4°C时水的密度最大，这些反常性质早已被写进教科书。
科学家目前已经发现了二十种左右不同结构的冰。我们冰箱里的冰块，只是其中最普通的一种。
为了模拟海王星和天王星内部的环境，研究团队把冰样品压到了约3500万磅每平方英寸。作为对比，一个普通汽车轮胎的气压大约只有30磅每平方英寸。
换算成科学单位，这一压力超过222吉帕，相当于两百多万个大气压。
这差不多是地球中心压力的三分之二，约为马里亚纳海沟最深处压力的两千倍。
实现这种压力的工具，是一种叫金刚石对顶砧的装置。
它的原理并不复杂：把微小的样品夹在两颗钻石的尖端之间，像用两根手指捏住一粒沙子那样施压。
钻石是已知最坚硬的材料之一，又是透明的，研究人员可以透过它进行观测。
这种装置中的样品往往比一根头发丝的直径还小，实验操作需要极高的精度。
实验对象是一种名为“冰X”的特殊冰相。在这种高压冰中，氢原子被认为位于两个氧原子正中间，形成高度对称的结构。
研究人员用光谱技术观察样品的变化，又借助X射线技术研究其原子结构。正是在这些测量中，他们捕捉到了对称性降低的证据。
对称性降低意味着，冰X或许并不是高压冰演化的终点，在更高的压力下，水可能还会继续“变身”。
为什么要研究这么极端的冰？因为在太阳系里，这样的环境真实存在。
天王星和海王星被称为冰巨星，人们相信它们内部含有大量的水、氨和甲烷。在极端的压力和温度下，这些物质可能形成奇异的物态。
有理论认为，那里的水可能处于“超离子”状态：氧原子排成固态晶格，氢离子却像液体一样在其中自由流动。
可惜，至今没有任何探测器深入过这两颗行星内部。旅行者2号在上世纪80年代分别飞掠过它们，这是人类对它们为数不多的近距离观测。
目前，科学界正在推动专门的天王星探测任务，希望在未来几十年内补上这块空白。
萨拉马特说，由于距离太远，人们无法进入这些行星的外壳或大气层。
但借助旅行者计划等数据，科学家对它们的成分、内部压力和温度有了大致了解。实验室就可以据此模拟其中可能发生的化学过程。
这项发现的意义不止于满足好奇心。冰巨星内部水的结构，会影响热量如何传导、电流如何流动，进而可能关系到这两颗行星奇特磁场的成因。
天王星和海王星的磁场都严重偏离自转轴，形态古怪，一直是行星科学的难题。
旅行者2号当年的测量显示，天王星磁轴与自转轴的夹角接近60度，这在太阳系行星中极为罕见。
了解深处的水究竟长什么样，或许是破解这一谜团的关键一环。
此外，银河系中已发现大量与海王星大小相近的系外行星。弄清水在极端条件下的行为，也有助于推测这些遥远世界的内部结构。
对寻找宜居星球的研究来说，搞清楚水在各种极端环境下的状态，同样是绕不开的基础课。
萨拉马特认为，理解太阳系和可观测宇宙的运行机制，对人类知识的拓展至关重要。
等到人类真正抵达那些世界，会看到什么？他和同事希望在实验室里先找到答案，做这一问题的开拓者。
从厨房里的冰块到行星深处的“扭曲之冰”，同一种分子展现出完全不同的面貌。水的故事，远比我们以为的要长。
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